Modélisation des coussins à neige de la Nechako

5.3.1 Résultats avant calage

La météorologie NARR a été acquise pour les années 1992 à 2013 aux trois coussins à neige situés sur le bassin versant de la rivière Nechako. Suite à l’analyse de sensibilité effectuée sur le modèle, il a été déterminé que l’influence des paramètres de SURFEX sur les résultats est faible par rapport à celle des données météorologiques. Par conséquent, afin de limiter le nombre de paramètres de calage, seules les données NARR ont fait l’objet d’un calage. Le fichier de paramètres pour SURFEX fourni par l’équipe de Crocus est ainsi utilisé sans modifications autres que les coordonnées géographiques et l’altitude des sites.

Contrairement aux résultats produits à la station Shames, l'utilisation de données NARR sur les coussins à neige de la Nechako se répercute par une sous-estimation marquée par rapport aux observations. L’équivalent en eau simulé ne correspond en effet qu’à environ 25 % de la valeur observée. Deux différences entre les sites utilisés pourraient expliquer cet écart. Dans un premier temps, l’observation n’est pas la même. Seule la hauteur de neige est mesurée à la station Shames, alors que les coussins à neige enregistrent plutôt l’ÉEN. Il est ainsi possible que Crocus puisse reproduire la hauteur de neige avec précision, mais que la densité du manteau neigeux soit plus difficile à modéliser. De plus, il existe une différence d’altitude notable entre les coussins à neige de la Nechako et la station Shames. Les coussins de neige sont situés entre 1300 et 1500 m d’altitude, alors que la station Shames est plutôt à 740 m. Par conséquent, il est possible que les coussins à neige correspondent moins bien aux pixels NARR, alors que la station Shames, située à plus basse altitude, demeure plus représentative.

Cela renforce le besoin d'effectuer un calage du modèle afin de reproduire l'ÉEN observé aux coussins à neige.

5.3.2 Calage des intrants

Le calage est effectué entre les années 2002 et 2013 avec l'algorithme SCE-UA et un maximum de 2200 essais. Les paramètres sont décrits dans la méthodologie à la Section 3.4. Le Tableau 5.2présente les résultats après calage.

Tableau 5.2 Calage de SURFEX aux trois coussins à neige

Malgré le calage, il demeure une erreur d’environ 10 % entre la simulation et l'ÉEN observé. Il est à noter que l’hiver 1995-1996 a été exclus du calcul du RMSE pour Tahtsa Lake, puisque les observations ne sont pas complètes. Dans le tableau, les colonnes Inf et Sup correspondent respectivement à la valeur minimale et maximale présente dans les 250 meilleurs jeux de paramètres. La différence entre le meilleur jeu de paramètres et le 250e _{est une augmentation} du RMSE de l’ordre de quelques millimètres. Par conséquent, il n’a pas été jugé nécessaire d’utiliser un ensemble de résultats plutôt que le meilleur jeu de paramètres.

Les jeux de paramètres identifiés ne présentent pas beaucoup de variabilité pour un même coussin à neige. L’humidité relative et le rayonnement solaire présentent un écart de moins de

Inf. Meilleur Sup. Inf. Meilleur Sup. Inf. Meilleur Sup.

X1 : Température -3.628 -2.905 -2.541 -1.898 -1.700 -1.404 -4.998 -4.731 -4.367 X2 : Humidité relative 0.975 0.981 1.035 0.934 0.947 1.001 0.824 0.892 0.933 X3 : Précipitations 1.194 1.302 1.354 1.623 1.747 1.776 1.325 1.367 1.458 X4 : Temp. pluie-neige 274.743 274.743 275.293 273.004 273.045 273.492 274.320 274.483 274.752 X5 : Vent 2.498 2.741 2.937 0.989 1.178 1.351 1.160 1.351 1.827 X6 : Rayonnement solaire à

courtes longueurs d'onde 0.833 0.915 0.922 0.769 0.800 0.941 0.977 1.016 1.064 X7 : Rayonnement solaire à

grandes longueurs d'onde 0.750 0.764 0.832 0.961 1.024 1.034 0.993 1.017 1.056 Nb. essais pour convergence

Calage: RMSE (mm) Calage: NRMSE Validation: RMSE (mm) Validation: NRMSE 9.82% 11.01% 10.15% 9.06% 7.63% 100.38 180.34 111.74 10.52% 78.75 198.21 132.11 Coussins à neige

Mt. Wells Tahtsa Pondosy

10 % (en valeur absolue du facteur multiplicatif) entre la valeur minimale et maximale des 250 meilleurs essais. Le rayonnement solaire à courtes longueurs d’onde à Tahtsa Lake constitue une exception, puisqu’il présente une variation de 17 %. La température et le degré de différenciation pluie-neige présentent des écarts de l’ordre d’un demi-degré. Les deux paramètres ayant la plus grande variabilité sont la quantité de précipitations et la vitesse du vent, avec des écarts respectifs de 15 % et de 36 à 67 % entre la valeur minimale et maximale. Avec le degré de différenciation pluie-neige, ces paramètres avaient été identifiés comme ayant un impact significatif lors de l’analyse de sensibilité. Le fait qu’ils présentent une variabilité plus grande indique que la surface de réponse est relativement plane, puisque plusieurs jeux de paramètres fournissent un résultat similaire.

Dans la plupart des cas, il ne semble pas exister de tendance entre les coussins à neige au niveau de la valeur des paramètres. Seule l’humidité relative est d’un ordre de grandeur similaire pour les trois sites. Dans quelques cas, soient le degré de différenciation pluie-neige, la quantité de précipitations ou le rayonnement solaire, deux des trois coussins à neige possèdent des valeurs semblables. Outre la quantité de précipitations, où la valeur finale du paramètre correspond bien à la quantité de neige aux trois sites, il est difficile de lier les paramètres finaux aux conditions réelles en raison de la complexité du modèle SURFEX. L’ajustement à la température semble réaliste, puisque Tahtsa Lake, le plus bas en altitude, n’a qu’un ajustement de -1.7°K, alors que ce paramètre est de -2.9 et -4.7°K pour Mt. Wells et Mt. Pondosy respectivement. Dans le cas de Mt. Wells et Tahtsa Lake, le facteur appliqué au rayonnement solaire à coutes longueurs d'onde semble correspondre à la surestimation d’environ 20 % identifiée pour les données NARR [Langlois et al., 2009; Franz et al., 2010]. Le seul paramètre qui semble peu réaliste est le facteur appliqué à la vitesse du vent à Mt. Wells. Tel que mentionné précédemment, le vent des données NARR semble déjà correspondre aux bourrasques plutôt qu’à une vitesse moyenne. Par conséquent, un facteur multiplicatif de 2.741 semble élevé. Cela est probablement dû à la borne supérieure utilisée lors du calage qui, en rétrospective, était sans doute trop élevée.

La Figure 5.13 présente la modélisation des trois coussins à neige pour la période 2002-2013. Le profil complet des années 1992 à 2013 se trouve à l’Annexe C.

Figure 5.13 Modélisation des coussins à neige après calage sur la période 2002-2013. (De haut en bas) Respectivement Mt. Wells, Tahtsa Lake et Mt. Pondosy

L'utilisation de données NARR signifie que certaines particularités ne sont pas reproduites, peu importe le calage. Cela se répercute par un ÉEN relativement homogène d'une année à l'autre, avec un manque de variations pour les années très fortes ou très faibles. Tel que mentionné précédemment, certains épisodes de chute de neige sont parfois manqués ou mal interprétés et produisent un biais pour le reste de l'hiver. Comme aucune méthode

d’assimilation de données n’est intégrée à SURFEX, il n’est pas possible d’éliminer le biais pendant une simulation. Cet aspect est toutefois en développement chez Météo-France. La fonte du manteau neigeux se produit tout de même de manière synchronisée avec l'observé et, surtout, se produit à un rythme similaire à l’observé. Cela rend possible la comparaison entre les coussins à neige simulés et le suivi de l’humidité du manteau neigeux par images radar. Une analyse quantitative entre les propriétés des couches du manteau neigeux modélisées par SURFEX et le signal radar risque d’être plus complexe à réaliser, en raison des incertitudes sur les résultats du modèle et les paramètres utilisés.